CN105526015A - 非对称停缸发动机 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种非对称停缸发动机，该非对称停缸(CDA)发动机设置有分别安装了CDA装置的第一汽缸、第二汽缸、第三汽缸和第四汽缸，所述非对称停缸发动机可以包括：曲轴，其分别通过第一曲柄轴颈、第二曲柄轴颈、第三曲柄轴颈和第四曲柄轴颈而与每个汽缸的活塞连接；以及控制器，其配置为对CDA装置的操作进行控制，其中，依据点火顺序的曲柄轴颈之间的相位差可以包括90±10度以及270±10度。

Description

非对称停缸发动机
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年10月21日提交的韩国专利申请第10-2014-0142795号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及非对称停缸发动机。更具体而言，本发明涉及这样的非对称停缸发动机，其可以根据车辆的工作状态而改变停用的汽缸。
背景技术
内燃机在燃烧室中接收燃料和空气，并且使燃料和空气燃烧以产生动力。当吸入空气时，进气门通过曲轴的驱动而进行操作，而当进气门打开时，空气被吸入燃烧室中。此外，排气门通过曲轴的驱动而进行操作，而当排气门打开时，气体从燃烧室排出。
为了在低负载条件或怠速条件下停止部分燃烧室的工作，在发动机中应用了停缸(CDA)装置，以便降低燃料消耗。
然而，CDA装置对其进行操作的汽缸可能过度冷却，从而CDA装置的操作时间受到了限制。
公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增强对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供非对称CDA发动机，其可以根据车辆的工作状态而改变停用的汽缸。
一种非对称停缸(CDA)发动机，其设置有分别安装了CDA装置的第一汽缸、第二汽缸、第三汽缸和第四汽缸，所述非对称停缸发动机可以包括：曲轴，其分别通过第一曲柄轴颈、第二曲柄轴颈、第三曲柄轴颈和第四曲柄轴颈与每个汽缸的活塞连接；以及控制器，其配置为对CDA装置的操作进行控制，其中，依据点火顺序的曲柄轴颈之间的相位差包括90±10度以及270±10度。
发动机的点火顺序可以依次为第一汽缸、第三汽缸、第四汽缸和第二汽缸，第一曲柄轴颈与第三曲柄轴颈之间的相位差可以是270±10度，第三曲柄轴颈与第四曲柄轴颈之间的相位差可以是180±10度，第四曲柄轴颈与第二曲柄轴颈之间的相位差可以是90±10度，第二曲柄轴颈与第一曲柄轴颈之间的相位差可以是180±10度。
发动机的点火顺序可以依次为第一汽缸、第三汽缸、第四汽缸和第二汽缸，第一曲柄轴颈与第三曲柄轴颈之间的相位差可以是180±10度，第三曲柄轴颈与第四曲柄轴颈之间的相位差可以是270±10度，第四曲柄轴颈与第二曲柄轴颈之间的相位差可以是180±10度，第二曲柄轴颈与第一曲柄轴颈之间的相位差可以是90±10度。
控制器可以被配置为根据发动机的负载来操作至少一个CDA装置。
控制器可以被配置为根据发动机的负载来轮流操作至少一个CDA装置和其余CDA装置中的至少一个。
控制器可以被配置为根据发动机的负载来轮流操作两个CDA装置。
控制器可以被配置为根据发动机的负载来操作一个CDA装置并且额外操作其余的CDA装置。
控制器可以被配置为当一个或多个CDA装置操作时，根据预定的映射图来控制进入CDA装置未操作的汽缸的燃料喷射量。
每个凸轮的相位差可以是非对称的。
发动机可以设置有涡轮增压器。
发动机可以进一步包括喷射器，其将燃料直接喷射到每个汽缸中。
根据本发明的各个方面，设置有多个CDA装置的非对称CDA发动机可以包括：曲轴，其分别通过曲柄轴颈而与每个汽缸的活塞连接；以及控制器，其配置为对CDA装置的操作进行控制，其中，依据点火顺序的曲柄轴颈之间的最小相位差小于曲柄轴颈之间的最大相位差的1/2。
控制器可以被配置为根据发动机的负载来操作至少一个CDA装置，并且控制器可以被配置为根据预定的操作条件来操作其余的CDA装置。
根据本发明的各个实施方案，非对称CDA发动机可以根据车辆的工作状态来改变停用的汽缸。
因为根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机可以改变停用的汽缸，所以可以执行各个CDA模式。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。本文所指的混合动力车辆为具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油动力和电动车辆。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方案中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方案中进行详细陈述，这些附图和具体实施方案共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性非对称停缸(CDA)发动机的视图。
图2是示出应用至根据本发明的示例性非对称CDA发动机的曲轴的视图。
图3是示出应用至根据本发明的示例性非对称CDA发动机的凸轮的视图。
图4是示出根据本发明的示例性非对称CDA发动机的视图。
图5是示出应用至根据本发明的示例性非对称CDA发动机的曲轴的视图。
图6是示出应用至根据本发明的示例性非对称CDA发动机的凸轮的视图。
图7是示出根据本发明的示例性非对称CDA发动机的工作域的视图。
图8是图示一般的4汽缸发动机和根据本发明的非对称CDA发动机的曲柄扭矩的曲线图。
图9是图示一般的4汽缸发动机和根据本发明的非对称CDA发动机的曲柄扭矩的曲线图。
应当理解的是，附图并非按比例地绘制，而是图示性地简化呈现各种特征以显示本发明的基本原理。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如，具体尺寸、方向、位置和外形)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各种实施方案，这些实施方案的示例示于附图中并且描述如下。尽管将结合示例性实施方案来描述本发明，但是将理解的是，本说明书并非旨在将本发明限制于那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替选方式、修改方式、等同方式以及其它的实施方案。
图1是示出根据本发明的各个实施方案的非对称停缸(CDA)发动机的视图，图2是示出应用至根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机的曲轴的视图，图3是示出应用至根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机的凸轮的视图。
参考图1至图3，根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机1可以是包括第一汽缸10、第二汽缸20、第三汽缸30和第四汽缸40的发动机，其中，多个CDA装置12、22、32和42分别设置至各个汽缸。
非对称CDA发动机1包括：第一汽缸活塞16、第二汽缸活塞26、第三汽缸活塞36和第四汽缸活塞46，它们分别设置至第一汽缸10、第二汽缸20、第三汽缸30和第四汽缸40。
非对称CDA发动机1进一步包括：曲轴50和控制器80，曲轴50分别通过第一曲柄轴颈51、第二曲柄轴颈52、第三曲柄轴颈53和第四曲柄轴颈54而与第一汽缸活塞16、第二汽缸活塞26、第三汽缸活塞36和第四汽缸活塞46连接，控制器80控制CDA装置12、22、32和42的操作。
本发明各个实施方案的发动机1的点火顺序可以依次是：第一汽缸10、第三汽缸30、第四汽缸40以及第二汽缸20。
在一般的设置有CDA装置的发动机中，相邻活塞之间的相位差是恒定的，例如，大约180度。并且一般而言，CDA装置被配置为控制空气或空气-燃料混合物流入或流出第二汽缸和第三汽缸。而在低负载条件下，安装至第二汽缸和第三汽缸的CDA装置停用。
然而，因为停用的汽缸可能过度冷却，所以排放的气体可能恶化。而且，发动机的截面温度差可能会减小CDA模式的操作时间。
因为一般的发动机只可能在2种模式(例如，两个汽缸停用的模式和4个汽缸正常操作的模式)下操作，所以燃料消耗的改善可能受到限制。
在各个实施方案中，依据点火顺序的曲柄轴颈51、52、53和54之间的相位差包括90±10度和270±10度。
第一曲柄轴颈51与第三曲柄轴颈53之间的相位差、第三曲柄轴颈53与第四曲柄轴颈54之间的相位差、第四曲柄轴颈54与第二曲柄轴颈52之间的相位差以及第二曲柄轴颈52与第一曲柄轴颈51之间的相位差分别是270±10度、180±10度、90±10度以及180±10度。
在一般的设置有CDA装置的发动机中，相邻活塞之间的相位差是恒定的，例如，大约180度。然而，在各个实施方案中，点火顺序中曲柄轴颈之间的相位差不是恒定的。
控制器80可以根据发动机1的负载来操作至少一个CDA装置，并且根据发动机1的负载来轮流操作至少一个CDA装置和其它CDA装置中的至少一个。
控制器80可以根据发动机1的负载来轮流操作两个CDA装置，并且根据发动机1的负载来操作一个CDA装置并额外操作其它CDA装置。
如图3所示，每个凸轮71、72、73和74的相位差是非对称的。
即，应用至第一汽缸10、第二汽缸20、第三汽缸30和第四汽缸40的第一凸轮71、第二凸轮72、第三凸轮73和第四凸轮74非对称地安装至对应于第一活塞16、第二活塞26、第三活塞36和第四活塞46位置的曲轴70。
如图1所示，发动机1可以设置有涡轮增压器60，从而通过操作CDA装置12、22、32和42以及涡轮增压器60来提高燃料效率和输出。
此外，将燃料直接喷射至每个汽缸10、20、30和40中的喷射器14、24、34和44可以设置至发动机1，用于提高输出。
在各个实施方案中，因为可以应用涡轮增压器60和/或直接喷射器14、24、34和44，所以可以减小发动机的尺寸并且可以改善燃料消耗。
当一个或多个CDA装置12、22、32和42操作时，控制器80可以根据预定的映射图来控制进入CDA装置未操作的汽缸的燃料喷射量。即，如果根据当前工作的汽缸之间的燃烧正时间隔来控制燃料喷射量，则即使燃烧正时是非均匀的，也可以改善震动特性。
下文中，将讨论根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机1的工作。
在4汽缸工作模式下，第一汽缸10、第三汽缸30、第四汽缸40以及第二汽缸20工作，并且第一曲柄轴颈51与第三曲柄轴颈53之间的相位差、第三曲柄轴颈53与第四曲柄轴颈54之间的相位差、第四曲柄轴颈54与第二曲柄轴颈52之间的相位差以及第二曲柄轴颈52与第一曲柄轴颈51之间的相位差分别是大约270度、大约180度、大约90度以及大约180度。
根据车辆工作状态，控制器80可以将第四汽缸40控制为停用。在3汽缸工作模式下，第四汽缸40停用，第一曲柄轴颈51与第三曲柄轴颈53之间的相位差、第三曲柄轴颈53与第二曲柄轴颈52之间的相位差以及第二曲柄轴颈52与第一曲柄轴颈51之间的相位差分别是大约270度、大约270度以及大约180度。
根据车辆工作状态，控制器80可以将第二汽缸20控制为停用。在3汽缸工作模式下，第二汽缸20停用，并且第一曲柄轴颈51与第三曲柄轴颈53之间的相位差、第三曲柄轴颈53与第四曲柄轴颈54之间的相位差以及第四曲柄轴颈54与第一曲柄轴颈51之间的相位差分别是大约270度、大约180度以及大约270度。
如上所述，可以通过停用第四汽缸40或第二汽缸20来执行3汽缸工作模式。此外，根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机1可以使第四汽缸40和第二汽缸20轮流工作，从而防止过度冷却，并且可以增加3汽缸工作模式的工作范围和工作时间。
根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机1可以停用第一汽缸10或第三汽缸30。
当第一汽缸10停用时，第三曲柄轴颈53与第四曲柄轴颈54之间的相位差、第四曲柄轴颈54与第二曲柄轴颈52之间的相位差以及第二曲柄轴颈52与第三曲柄轴颈53之间的相位差分别是大约180度、大约90度以及大约450度。在该情况下，因为正时的不平衡性增加，所以需要增大燃料喷射量的偏差量。
当第三汽缸30停用时，第一曲柄轴颈51与第四曲柄轴颈54之间的相位差、第四曲柄轴颈54与第二曲柄轴颈52之间的相位差以及第二曲柄轴颈52与第一曲柄轴颈51之间的相位差分别是大约450度、大约90度以及大约180度。在该情况下，因为正时的不平衡性增加，所以需要增大燃料喷射量的偏差量。
根据车辆工作状态，控制器80可以停用第二汽缸20和第四汽缸40。在2汽缸工作模式下，第二汽缸20和第四汽缸40停用，第一曲柄轴颈51与第三曲柄轴颈53之间的相位差以及第三曲柄轴颈53与第一曲柄轴颈51之间的相位差分别是大约270度以及大约450度。
根据车辆工作状态，控制器80可以停用第三汽缸30和第四汽缸40。在2汽缸工作模式下，第三汽缸30和第四汽缸40停用，第一曲柄轴颈51与第二曲柄轴颈52之间的相位差以及第二曲柄轴颈52与第一曲柄轴颈51之间的相位差分别是大约540度以及大约180度。
根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机1可以根据车辆的工作状态而不同地选择启用汽缸或停用汽缸，并且可以通过根据曲柄轴颈之间的相位差来控制喷射量，从而减小震动特性的恶化。
图7是示出根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机的工作域的视图。
如图7所示，根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机1可以执行2汽缸工作模式、3汽缸工作模式以及4汽缸工作模式。从而，可以实现燃料消耗的改进。
此外，可以对各个停用模式进行选择，使得2汽缸工作模式和3汽缸工作模式的工作时间可以增加。
在附图中，在3汽缸工作模式下，第二汽缸或第四汽缸停用，在2汽缸工作模式下第二汽缸和第四汽缸停用，然而，本发明不限于此，相反，本发明可以做出各种修改。
根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机1可以根据预定的工作状态来执行各个工作模式，还可以将工作模式从3汽缸工作模式改变为2汽缸工作模式或4汽缸工作模式，或者将2汽缸工作模式或4汽缸工作模式改变为3汽缸工作模式。此外，可以轮流选择停用的汽缸。因此，可以防止过度冷却，尤其是局部过度冷却状态。
在图8中，示出了具有一般的CDA装置的一般发动机在4汽缸工作模式和2汽缸工作模式下的曲柄扭矩特性。而在图9中，示出了根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机1在各个工作模式下的曲柄扭矩特性。
在附图中，尽管根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机1的4汽缸工作模式和2汽缸工作模式中的初级扭矩时段没有周期性，但是，二级扭矩和三级扭矩的幅度相对减小。
在3汽缸工作模式下，震动特性与一般的3汽缸发动机的震动特性类似。
图4是示出根据本发明的各个实施方案的CDA发动机的视图，图5是示出应用至根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机的曲轴的视图，图6是示出应用至根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机的凸轮的视图。
参考图4至图6，根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机101可以包括：第一汽缸活塞116、第二汽缸活塞126、第三汽缸活塞136以及第四汽缸活塞146，它们分别设置在每个汽缸中；曲轴150，其分别通过第一曲柄轴颈151、第二曲柄轴颈152、第三曲柄轴颈153和第四曲柄轴颈154而与第一汽缸活塞116、第二汽缸活塞126、第三汽缸活塞136和第四汽缸活塞146连接。而且，第一曲柄轴颈151与第三曲柄轴颈153之间的相位差、第三曲柄轴颈153与第四曲柄轴颈154之间的相位差、第四曲柄轴颈154与第二曲柄轴颈152之间的相位差以及第二曲柄轴颈152与第一曲柄轴颈151之间的相位差分别是180±10度、270±10度、180±10度以及90±10度。
因为除了曲柄轴颈的相位差之外，4汽缸工作模式、3汽缸工作模式和2汽缸工作模式与图1至图3所示的非对称CDA发动机1相同或相似，所以将省略重复的描述。
在附图中，描述了4汽缸发动机的CDA操作，但是本发明不限于此，相反，根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机可以应用到其它类型的发动机。
即，根据本发明的各个实施方案的非对称CDA发动机可以包括通过曲柄轴颈与活塞连接的曲轴以及对CDA装置的操作进行控制的控制器，并且，依据点火顺序的曲柄轴颈之间的最小相位差小于曲柄轴颈之间的最大相位差的1/2。
例如，如果发动机是5汽缸发动机，则相邻曲柄轴颈之间的最小相位差可以是大约72度，而相邻曲柄轴颈之间的最大相位差可以是大约216度。此外，如果发动机是6汽缸发动机，则相邻曲柄轴颈之间的最小相位差可以是大约60度，而相邻曲柄轴颈之间的最大相位差可以是大约180度。
控制器可以根据发动机的负载来操作至少一个CDA装置，并且根据发动机的负载来轮流操作至少一个CDA装置和其它CDA装置中的至少一个。此外，控制器可以根据发动机的负载来操作一个CDA装置并额外操作其它的CDA装置。
当一个或多个CDA装置操作时，控制器可以根据预定的映射图来控制进入CDA装置未操作的汽缸的燃料喷射量，而且每个凸轮的相位差可以是非对称的。
发动机可以设置有涡轮增压器，并且发动机可以设置有喷射器，其将燃料直接喷射到每个汽缸中。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述出于说明和描述的目的。前面的描述并非旨在穷举，或者将本发明限制为公开的精确形式，且显然的是，根据以上教导若干修改和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述以解释本发明的特定原理及其实际应用，由此使得本领域的其它技术人员能够利用并实现本发明的各种示例性实施方案及其各种可替选方式和修改方式。本发明的范围旨在通过所附权利要求及其等同形式来限定。

Claims (18)

1.一种非对称停缸发动机，其设置有分别安装了停缸装置的第一汽缸、第二汽缸、第三汽缸和第四汽缸，所述非对称停缸发动机包括：
曲轴，其分别通过第一曲柄轴颈、第二曲柄轴颈、第三曲柄轴颈和第四曲柄轴颈而与每个汽缸的活塞连接；以及
控制器，其配置为对停缸装置的操作进行控制，
其中，依据点火顺序的曲柄轴颈之间的相位差包括90±10度以及270±10度。
2.根据权利要求1所述的非对称停缸发动机，其中，发动机的点火顺序依次为第一汽缸、第三汽缸、第四汽缸和第二汽缸，并且
第一曲柄轴颈与第三曲柄轴颈之间的相位差是270±10度，第三曲柄轴颈与第四曲柄轴颈之间的相位差是180±10度，第四曲柄轴颈与第二曲柄轴颈之间的相位差是90±10度，第二曲柄轴颈与第一曲柄轴颈之间的相位差是180±10度。
3.根据权利要求1所述的非对称停缸发动机，其中，发动机的点火顺序依次为第一汽缸、第三汽缸、第四汽缸和第二汽缸，并且
第一曲柄轴颈与第三曲柄轴颈之间的相位差是180±10度，第三曲柄轴颈与第四曲柄轴颈之间的相位差是270±10度，第四曲柄轴颈与第二曲柄轴颈之间的相位差是180±10度，第二曲柄轴颈与第一曲柄轴颈之间的相位差是90±10度。
4.根据权利要求1所述的非对称停缸发动机，其中，控制器被配置为根据发动机的负载来操作至少一个停缸装置。
5.根据权利要求1所述的非对称停缸发动机，其中，控制器被配置为根据发动机的负载来轮流操作至少一个停缸装置和其余停缸装置中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的非对称停缸发动机，其中，控制器被配置为根据发动机的负载来轮流操作两个停缸装置。
7.根据权利要求1所述的非对称停缸发动机，其中，控制器被配置为根据发动机的负载来操作一个停缸装置并且额外操作其余的停缸装置。
8.根据权利要求1所述的非对称停缸发动机，其中，控制器被配置为当一个或多个停缸装置操作时，根据预定的映射图来控制进入停缸装置未操作的汽缸的燃料喷射量。
9.根据权利要求1所述的非对称停缸发动机，其中，每个凸轮的相位差是非对称的。
10.根据权利要求1所述的非对称停缸发动机，其中，发动机设置涡轮增压器。
11.根据权利要求1所述的非对称停缸发动机，其中，发动机进一步包括喷射器，其将燃料直接喷射到每个汽缸中。
12.一种非对称停缸发动机，其设置有多个停缸装置，所述非对称停缸发动机包括：
曲轴，其分别通过曲柄轴颈而与每个汽缸的活塞连接；以及
控制器，其配置为对停缸装置的操作进行控制，
其中，依据点火顺序的曲柄轴颈之间的最小相位差小于曲柄轴颈之间的最大相位差的1/2。
13.根据权利要求12所述的非对称停缸发动机，其中，控制器被配置为根据发动机的负载来操作至少一个停缸装置，并且
控制器被配置为根据预定的操作条件来操作其余的停缸装置。
14.根据权利要求12所述的非对称停缸发动机，其中，控制器被配置为根据发动机的负载来轮流操作至少一个停缸装置和其余停缸装置中的至少一个。
15.根据权利要求12所述的非对称停缸发动机，其中，控制器被配置为当一个或多个停缸装置操作时，根据预定的映射图来控制进入停缸装置未操作的汽缸的燃料喷射量。
16.根据权利要求12所述的非对称停缸发动机，其中，每个凸轮的相位差是非对称的。
17.根据权利要求12所述的非对称停缸发动机，其中，发动机设置有涡轮增压器。
18.根据权利要求12所述的非对称停缸发动机，其中，发动机进一步包括喷射器，其将燃料直接喷射到每个汽缸中。
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